기계연은 환경시스템연구본부 플라즈마연구실 이대훈 실장 연구팀이 쓰레기 매립지에서 발생하는 가스를 수소를 포함한 합성가스로 변환할 수 있는 플라즈마 공정 기술을 개발하는데 성공했다고 19일 밝혔다.
쓰레기 매립지에서는 쓰레기 분해에 따라 메탄과 이산화탄소가 섞인 ‘매립지 가스(LFG·Landfill gas)’가 20∼30년 동안 발생한다. 매립지 가스는 대표적인 온실가스로 꼽히지만 현재 적절한 처리방법이 없어 발생하는 대로 자연 배출되고 있다. 일부 대형 수도권 매립지에서 매립지 가스를 자원으로 활용하기 위해 스팀터빈 발전시설을 구축하고 발전에 활용하고 있다.
하지만 발전에 활용하는 방식은 대규모 매립지만 가능하고 가스 발생량이 작은 경우 열량의 부족과 설비 효용의 문제로 전국의 75%에 달하는 중소규모 매립지에 적용할 수 있는 기술개발이 필요했다.
연구팀은 매립지가스를 합성가스로, 이를 다시 메탄올과 DME로 전환하는 가스 변환 공정을 중소규모 매립지에 적용할 수 있도록 소형화하고 플라즈마 전환 반응의 효율은 기존 보다 30% 이상 높이는 기술을 개발했다.
DME란 천연가스, 석탄, 바이오매스 등 다양한 원료로부터 수소와 일산화탄소로 이뤄진 합성가스를 만든 뒤 합성반응을 통해 제조하는 연료를 말한다.
기존의 플라즈마 공정은 플라즈마 발생 시 고에너지 상태의 플라즈마를 제어하기 어려워 효율이 떨어졌다. 하지만 연구팀은 발생한 플라즈마 상태를 제어하는 독자적인 기술력을 확보해 공정 열효율을 기존 50% 이하에서 76%까지 약 30% 향상시켰다.
이를 통해 난분해성 가스인 메탄과 이산화탄소를 최대 99%까지 전환하는데 성공했다.
이 기술은 국내 중소기업 바이오프랜즈에 지난해 이전했고 실증을 위한 추가 연구를 추진 중이다. 바이오프랜즈는 현재 파일럿 플랜트 실증실험에 착수하기 위해 협력할 지방자치단체를 모색하고 있고 향후 관련 기술의 실증을 통해 중국 동북 3성 등 국내외 시장 진출도 추진할 계획이다.
이대훈 기계연 플라즈마연구실장은 “플라즈마의 장점을 활용하면서도 공정비용을 크게 줄이는 데 성공한 의미있는 성과”라며 “매립지 현장에서의 실증 플랜트 운전을 통해 중국 등 실제 사업장에 적용할 수 있도록 사업성을 높일 것”이라고 말했다.
/대전=박희윤기자 hypark@sedaily.com